JP2012203079A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射面を有するミラー部と、これを駆動する圧電アクチュエータとを備え、二次元方向に駆動可能で小型化できる光偏向器を提供する。
【解決手段】 光偏向器１は、ミラー部２と、駆動電圧の印加により屈曲変形する第１圧電体６１ａ〜６１ｄ及び第２圧電体６２ａ〜６２ｄを支持する圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄを有する一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂとを備える。一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂは、ミラー部２を挟んで対向するように配置される。第１圧電体６１ａ〜６１ｄに電圧が印加されると、ミラー部２を複数の圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの並び方向に平行な第１軸ｘの周りに駆動し、第２圧電体６２ａ〜６２ｄに電圧が印加されると、ミラー部２を第１軸ｘと直交する第２軸ｙの周りに駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射面を有するミラー部と、ミラー部を駆動する圧電アクチュエータとを備えた光偏向器に関する。

従来、ミラー部と、ミラー部と連結された振動子とを備えた光学反射素子が知られている（特許文献１）。この光学反射素子は、ミラー部を介して対向すると共にミラー部の端部にそれぞれ連結された一対の第一振動子と、これらの第一振動子と連結され、これらの第一振動子及びミラー部の外周を囲む枠体と、この枠体を介して対向すると共に枠体とそれぞれ連結された一対の第二振動子を備えている。第一振動子の中心軸と第二振動子の中心軸とはミラー部の重心で直交する。第一振動子は、中心軸に垂直な軸に平行な複数の振動板が同一平面状で折り返し連結されたミアンダ形状であり、第二振動子は、中心軸に垂直な軸に平行な複数の振動板が同一平面状で折り返し連結されたミアンダ形状である。

これらの第一振動子及び第二振動子の複数の振動板にはドライブ素子が配置される。ドライブ素子は交流電圧が印加されると振動し、第一振動子及び第二振動子も振動する。このとき、第一振動子及び第二振動子は、自身の中心軸を中心に大きく反復回転振動する。第一振動子の中心軸と第二振動子の中心軸は直交しているので、第一振動子と第二振動子とによってミラー部を二次元方向に振動できる。

特開２０１０−１２２４８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学反射素子では、第一振動子と第二振動子とのミアンダ形状の振動子（圧電アクチュエータ）が二対形成されている。このため、必要とされる大きさの反射領域が得られるようにミラー部を形成した場合、これに二対の振動子の大きさが加えられるので光学反射素子は全体として大きくなる。その結果、装置の大型化や製造コストの増大をもたらす。

そこで、本発明は、反射面を有するミラー部と、ミラー部を駆動する圧電アクチュエータとを備える光偏向器であって、二次元方向に駆動可能で小型化できる光偏向器を提供することを目的とする。

本発明は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部を駆動する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加するための複数の電極とを備える光偏向器であって、前記圧電アクチュエータは、前記ミラー部を挟んで対向するように一対配置され、各圧電アクチュエータの一端が前記ミラー部に連結され、前記各圧電アクチュエータは、駆動電圧が印加されることにより屈曲変形する圧電体と、前記圧電体を支持し、該圧電体が屈曲変形するときに共に屈曲変形する複数の圧電カンチレバーとを備え、前記複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて、各々の屈曲変形を累積するようにそれぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が機械的に連結され、各圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するように形成され、前記圧電体は、前記各圧電カンチレバーで支持される第１圧電体と第２圧電体とからなり、前記複数の電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とにそれぞれ独立に電圧を印加できるように構成され、前記第１圧電体に電圧が印加されることにより、前記ミラー部を前記複数の圧電カンチレバーの並び方向に平行な第１軸の周りに駆動し、前記第２圧電体に電圧が印加されることにより、前記ミラー部を前記第１軸と直交する第２軸の周りに駆動することを特徴とする。

本発明によれば、第１圧電体に電圧が印加されることで、第１圧電体を支持する圧電カンチレバーが屈曲変形し、ミラー部が複数の圧電カンチレバーの並び方向に平行な第１軸の周りに駆動する。また、第２圧電体に電圧が印加されることで、第２圧電体を支持する圧電カンチレバーが屈曲変形し、ミラー部が第１軸に直交する第２軸の周りに駆動される。複数の電極は、第１圧電体と第２圧電体とにそれぞれ独立に電圧が印加できるため、ミラー部を第１軸及び第２軸の周りにそれぞれ独立して駆動することができる。

以上のように、本発明の光偏向器では、隣り合う圧電カンチレバーの端部が折り返すように機械的に連結された（ミアンダ形状の）圧電アクチュエータを一対だけ形成した場合であっても、二次元方向に駆動が可能となる。従って、本発明の光偏向器は、第一振動子と第二振動子のミアンダ形状の振動子を二対形成している光偏向器と比べると、ミラー部の大きさが同じ場合には、光偏向器の大きさを小さくすることができる。

本発明において、前記複数の電極は、前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部側からその反対側に向かって奇数番目の圧電カンチレバーに支持された第１圧電体に電圧を印加できる第１電極と、前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部側からその反対側に向かって偶数番目の圧電カンチレバーに支持された第１圧電体に電圧を印加できる第２電極と、前記各圧電アクチュエータの一方の各圧電カンチレバーに支持された第２圧電体に電圧を印加できる第３電極と、前記各圧電アクチュエータの他方の各圧電カンチレバーに支持された第２圧電体に電圧を印加できる第４電極とで構成され、隣り合う圧電カンチレバー同士が互いに逆方向に屈曲変形するように前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加することにより、前記ミラー部を前記複数の圧電カンチレバーの並び方向に平行な第１軸の周りに駆動し、前記一対の圧電アクチュエータのうち一方が有する複数の圧電カンチレバーがそれぞれ同一方向に屈曲変形し、他方が有する複数の圧電カンチレバーがそれぞれ前記同一方向とは逆方向に屈曲変形するように前記第３電極及び前記第４電極に電圧を印加することにより、前記ミラー部を前記第１軸と直交する第２軸の周りに駆動することが好ましい。

これにより、第１電極に電圧が印加されることで、各圧電カンチレバーのうちミラー部側からその反対側に向かって奇数番目の圧電カンチレバーが、当該圧電カンチレバーが支持する第１圧電体によって屈曲変形する。

また、第２電極に電圧が印加されることで、各圧電カンチレバーのうちミラー部側からその反対側に向かって偶数番目の圧電カンチレバーが、当該圧電カンチレバーが支持する第１圧電体によって屈曲変形する。

このとき、隣り合う圧電カンチレバー同士が互いに逆方向に屈曲変形するように第１電極及び第２電極に電圧が印加されるため、隣り合う圧電カンチレバー同士、すなわち奇数番目と偶数番目との圧電カンチレバーが互いに逆方向に屈曲変形する。

各圧電カンチレバーは、両端部が隣り合うように並んで配置され、各々の屈曲変形を累積するようにそれぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が機械的に連結されている。このため、隣り合う２つの圧電カンチレバー全体として発生する出力（例えば、圧電アクチュエータ全体の先端部で出力されるトルク又は変位）は、２つの圧電カンチレバーが互いに逆方向に屈曲変形した場合に、各圧電カンチレバーで発生した出力の大きさを加算した大きさとなる。

これにより、圧電アクチュエータ全体としては、奇数番目の圧電カンチレバーで発生した出力の大きさと、偶数番目の圧電カンチレバーで発生した出力の大きさとを加算した大きさの出力が得られる。このようにして第１電極及び第２電極に電圧が印加されることで、ミラー部を第１軸の周りに駆動できる。

また、第３電極に電圧が印加されることで、一対の圧電アクチュエータのうち一方が有する複数の圧電カンチレバーが、当該圧電カンチレバーがそれぞれ支持する第２圧電体によって同一方向に屈曲変形する。第４電極に電圧が印加することで、一対の圧電アクチュエータのうち他方が有する複数の圧電カンチレバーが、当該圧電カンチレバーがそれぞれ支持する第２圧電体によって同一方向に屈曲変形する。

このとき、一方の圧電アクチュエータの各圧電カンチレバーと他方の圧電アクチュエータの各圧電カンチレバーとは逆方向に屈曲変形するように第３電極及び第４電極に電圧が印加される。第１電極及び第２電極に電圧が印加されたときと同様に、圧電アクチュエータは、各圧電カンチレバーで発生した出力の大きさが加算された大きさの出力が得られる。

圧電体は、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するため、一方の圧電アクチュエータの各圧電カンチレバーが同一方向に屈曲変形し、一方の圧電アクチュエータ全体は、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に出力される。他方の圧電アクチュエータ全体の出力は、一方の圧電アクチュエータの出力とは逆方向に出力される。これにより、ミラー部を第２軸の周りに駆動できる。

本発明において、前記圧電体は、更に前記各圧電カンチレバーで支持される第３圧電体も含み、前記複数の電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とに電圧を印加できる電極とは独立に、前記第３圧電体が屈曲変形することで発生する電圧を出力できるように構成され、前記屈曲変形することで発生する電圧に応じて、前記ミラー部の前記第１軸周りの駆動及び前記第２軸周りの駆動を補正することが好ましい。

これにより、第１圧電体及び第２圧電体が屈曲変形するとき、共に屈曲変形する第３圧電体は、圧電効果により分極が誘起され屈曲変形の大きさに応じた電圧を出力する。すなわち、第１圧電体及び第２圧電体の屈曲変形によって駆動するミラー部の駆動量（偏向角）に応じた電圧が第３圧電体から出力される。このため、第３圧電体から出力された電圧によって、ミラー部の駆動量を検知できる。

そして、第３圧電体から出力された電圧によって検知したミラー部の駆動量を、目標とするミラー部の駆動量に近づけるように第１圧電体及び第２圧電体に印加する電圧を調整することで、ミラー部の第１軸周りの駆動及び第２軸周りの駆動を補正する。これにより、ミラー部の駆動を目標の駆動に近づけることができるため、精度の高いミラー部の駆動を実現できる。このように、第一振動子と第二振動子のミアンダ形状の振動子を二対形成している光偏向器と比べて小型化できると共に、ミラー部を精度良く駆動できる。

本発明において、前記複数の電極に交流電圧を印加して前記ミラー部を駆動する場合、第２軸の周りに駆動するときの固有振動数が、第１軸の周りに駆動するときの固有振動数に比べて互いに影響を与えない程度に大きく設定されていることが好ましい。これにより、ミラー部を交流電圧で二次元方向に駆動（回転駆動）する場合に第１軸周りと第２軸周りとで互いに影響を与えずに独立して駆動することができる。

本発明において、前記第１圧電体に交流電圧を印加する場合には、前記ミラー部を第１軸の周りに駆動するときの固有振動数に合わせた周波数の交流電圧を印加することが好ましい。これにより、ミラー部の第１軸周りの回転駆動の固有振動数に合わせた周波数、すなわち共振周波数に合わせた交流電圧を印加することで、ミラー部の回転駆動が大きくなり、光偏向器の第１軸周りの偏向角を大きくすることができる。

本発明において、前記第２圧電体に交流電圧を印加する場合には、前記ミラー部が第２軸の周りに駆動するときの固有振動数に合わせた周波数の交流電圧を印加することが好ましい。これにより、ミラー部の第２軸周りの回転駆動の固有振動数に合わせた周波数、すなわち共振周波数に合わせた交流電圧を印加することで、ミラー部の回転駆動が大きくなり、光偏向器の第２軸周りの偏向角を大きくすることができる。

本発明の第１実施形態の光偏向器の斜視図。 第１実施形態の圧電アクチュエータの領域ＩＩの拡大図。 （ａ）は第１実施形態の第１圧電アクチュエータが作動していないとき、（ｂ）は第１実施形態の第１圧電アクチュエータが作動して、ミラー部を第１軸周りに回転駆動しているとき、（ｃ）は第１実施形態の第１圧電アクチュエータが作動して、ミラー部を第２軸周りに回転駆動しているときの例を示す図。 （ａ）は第１実施形態の圧電アクチュエータが第１軸の周りに駆動しているときの一例を表わすＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は第１実施形態の圧電アクチュエータが第２軸の周りに駆動しているときの一例を表わすＢ−Ｂ線断面図。 （ａ）は第１実施形態の圧電アクチュエータが第１軸の周りに駆動しているときの一例を表わす斜視図、（ｂ）は第１実施形態の圧電アクチュエータが第２軸の周りに駆動しているときの一例を表わす斜視図。 第１実施形態の圧電アクチュエータの第１軸又は第２軸の周りに駆動するときの共振周波数を示す図。 第１実施形態の光偏向器を使用した光学装置の構成を示す説明図。 本発明の第２実施形態の光偏向器の斜視図。 第２実施形態の圧電アクチュエータの領域ＩＸの拡大図。

［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態の光偏向器の構成について説明する。

第１実施形態の光偏向器１は、入射された光を反射するミラー部２と、ミラー部２を駆動する一対の第１圧電アクチュエータ３ａ及び第２圧電アクチュエータ３ｂと、これらの一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを支持する支持部１１とを備える。

ミラー部２は、小判型の形状に形成されている。その一対の直線の辺の一部が、ミラー部２を挟んで対向した一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの先端部にそれぞれ連結されている。また、これらの一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂは、その基端部が、ミラー部２とこれらの一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂとを囲むように設けられた支持部１１に連結されて支持されている。

ミラー部２は、ミラー部支持体２ａと、ミラー部支持体２ａ上に形成されたミラー面反射膜（反射面）２ｂとを備えている。ミラー面反射膜２ｂは、ミラー部支持体２ａ上の金属薄膜（第１実施形態では１層の金属薄膜）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工して形成されている。金属薄膜の材料としては、例えば金、白金、アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。金属薄膜の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。

第１圧電アクチュエータ３ａは、４つの圧電カンチレバー（第１圧電アクチュエータ３ａの先端部側から奇数番目の２つの圧電カンチレバー３１ａ，３１ａと、偶数番目の２つの圧電カンチレバー３１ｂ，３１ｂ）とを連結して、構成されている。また、第２圧電アクチュエータ３ｂも、４つの圧電カンチレバー（第２圧電アクチュエータ３ｂの先端部側から奇数番目の２つの圧電カンチレバー３１ｃ，３１ｃと、偶数番目の２つの圧電カンチレバー３１ｄ，３１ｄ）とを連結して、構成されている。

各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄは、支持体４ａ〜４ｄ、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ、第２圧電体６２ａ〜６２ｄ、第１上部電極７１ａ〜７１ｄ、及び第２上部電極７２ａ〜７２ｄを備えている。

第１圧電アクチュエータ３ａにおいて、４つの圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂは、その長さ方向が同じになるように各圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂの両端部が隣り合うと共に、ミラー部２を回転駆動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、各圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂは、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように連結されている。

第２圧電アクチュエータ３ｂにおいても、４つの圧電カンチレバー３１ｃ，３１ｄは、その長さ方向が同じになるように各圧電カンチレバー３１ｃ，３１ｄの両端部が隣り合うと共に、所定の間隔で並んで配置されている。そして、各圧電カンチレバー３１ｃ，３１ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように連結されている。

また、光偏向器１は、４つの第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄと、２つの第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂと、２つの第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆと、２つの第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄとを、支持部１１上に備えている。

詳細には、第１上部電極パッド１２ａ及び第１下部電極パッド１３ａは、第１圧電アクチュエータ３ａの奇数番目の第１上部電極７１ａと第１下部電極５１ａとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

第１上部電極パッド１２ｂ及び第１下部電極パッド１３ａは、第１圧電アクチュエータ３ａの偶数番目の第１上部電極７１ｂと第１下部電極５１ｂとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。このように、第１下部電極パッド１３ａは、第１上部電極パッド１２ａ及び第１上部電極パッド１２ｂで共通の電極パッドとしている。

第１上部電極パッド１２ｃ及び第１下部電極パッド１３ｂは、第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の第１上部電極７１ｃと第１下部電極５１ｃとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

第１上部電極パッド１２ｄ及び第１下部電極パッド１３ｂは、第２圧電アクチュエータ３ｂの偶数番目の第１上部電極７１ｄと第１下部電極５１ｄとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。このように第１下部電極パッド１３ｂは、第１上部電極パッド１２ｃ及び第１上部電極パッド１２ｄで共通の電極パッドとしている。

第２上部電極パッド１２ｅ及び第２下部電極パッド１３ｃは、第１圧電アクチュエータ３ａの第２上部電極７２ａ，７２ｂと第２下部電極５２ａ，５２ｂとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

第２上部電極パッド１２ｆ及び第２下部電極パッド１３ｄは、第２圧電アクチュエータ３ｂの第２上部電極７２ｃ，７２ｄと第２下部電極５２ｃ，５２ｄとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

第２下部電極５２ａ〜５２ｄと第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄとは、シリコン基板上の金属薄膜（第１実施形態では２層の金属薄膜、以下、下部電極層ともいう）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。この金属薄膜の材料としては、例えば、１層目（下層）にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）には白金（Ｐｔ）を用いる。詳細には、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第２下部電極５２ａ〜５２ｄは、長さを支持体４ａ〜４ｄの長さ方向とほぼ同じとし、それぞれ、支持体４ａ〜４ｄ上の幅方向の中央部に形成されている。そして、第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄは、支持部１１上の下部電極層を介して、第２下部電極５２ａ〜５２ｄに導通される。

第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂとは、シリコン基板上の金属薄膜を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。詳細には、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第１下部電極５１ａ〜５１ｄは、長さを支持体４ａ〜４ｄの長さ方向とほぼ同じとし、それぞれ、支持体４ａ〜４ｄ上の幅方向の両端部側に第２下部電極５２ａ〜５２ｄを挟むように形成されている。

第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第２下部電極５２ａ〜５２ｄとで、支持体（直線部）４ａ〜４ｄ上のほぼ全面を覆うように形成されている。すなわち、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ及び第２下部電極５２ａ〜５２ｄが、各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの幅方向の中心線に対して対称に配置されている。そして、第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂは、支持部１１上の下部電極層を介して、第１下部電極５１ａ〜５１ｄに導通される。

なお、「第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂとを導通する下部電極層」と、「第２下部電極５２ａ〜５２ｄと第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄとを導通する下部電極層」とは、互いに絶縁するように平面的に分離して設けられている。

第１圧電体６１ａ〜６１ｄは、半導体プレーナプロセスを用いて下部電極層上の１層の圧電膜（以下、圧電体層ともいう）を形状加工することにより、それぞれ、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ上に互いに分離して形成されている。

この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。詳細には、第１圧電アクチュエータ３ａの圧電カンチレバーの第１圧電体６１ａ，６１ｂは、第１下部電極５１ａ，５１ｂ上のほぼ全面に形成されて、第２圧電アクチュエータ３ｂの圧電カンチレバーの第１圧電体６１ｃ，６１ｄは、第１下部電極５１ｃ，５１ｄ上のほぼ全面に形成されている。

第２圧電体６２ａ〜６２ｄは、半導体プレーナプロセスを用いて下部電極層上の１層の圧電膜を形状加工することにより、それぞれ、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ上に互いに分離して形成されている。

この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。詳細には、第１圧電アクチュエータ３ａの圧電カンチレバーの第２圧電体６２ａ，６２ｂは、第２下部電極５２ａ，５２ｂ上のほぼ全面に形成されて、第２圧電アクチュエータ３ｂの圧電カンチレバーの第２圧電体６２ｃ，６２ｄは、第２下部電極５２ｃ，５２ｄ上のほぼ全面に形成されている。

このように、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ及び第２圧電体６２ａ〜６２ｄが、各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの幅方向の中心線に対して対称に配置されている。

第１上部電極７１ａ〜７１ｄ，第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄ及びこれらを導通する上部電極配線（図示せず）と、第２上部電極７２ａ〜７２ｄ，第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆ及びこれらを導通する上部電極配線（図示せず）とは、半導体プレーナプロセスを用いて、圧電体層上の金属薄膜（第１実施形態では１層の金属薄膜、以下、上部電極層ともいう）を形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば白金（Ｐｔ）又は金（Ａｕ）が用いられる。

詳細には、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第１上部電極７１ａ〜７１ｄは第１圧電体６１ａ〜６１ｄ上のほぼ全面に形成されており、第２上部電極７２ａ〜７２ｄは第２圧電体６２ａ〜６２ｄ上のほぼ全面に形成されている。そして、第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄは、支持部１１上及び支持体４ａ〜４ｄ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して第１上部電極７１ａ〜７１ｄに導通され、第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆは、支持部１１上及び支持体４ａ〜４ｄ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して第２上部電極７２ａ〜７２ｄに導通される。なお、上部電極配線は、平面的に互いに分離して設けられていると共に、第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂ、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ、第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄ、及び第２下部電極５２ａ〜５２ｄと層間絶縁されている。

また、ミラー部支持体２ａと支持体４ａ〜４ｄと支持部１１とは、複数の層から構成される半導体基板を形状加工することにより一体的に形成されている。シリコン基板を形状加工する手法としては、フォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術等を利用した半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスが用いられる。

ミラー部２と支持部１１との間には空隙１１’が設けられ、ミラー部１が所定角度まで回転可能となっている。ミラー部２は、一体的に形成することで、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを介して支持部１１と機械的に連結され、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの駆動に応じて回動する。

更に、光偏向器１は、ミラー部２の偏向・走査を制御する制御回路（図示省略）に接続されている。制御回路は、その機能として、第１圧電アクチュエータ３ａへ印加する駆動電圧の位相、周波数、振幅、波形等を制御することで、ミラー部２の第１軸ｘ周りの偏向・走査（回転駆動）及び並進駆動の位相、周波数、偏向角等を制御する第１駆動機能と、第２圧電アクチュエータ３ｂへ印加する駆動電圧の位相、周波数、振幅、波形等を制御することで、ミラー部２の第２軸ｙ周りの偏向・走査（回転駆動）の位相、周波数、偏向角、変位量等を制御する第２駆動機能とを備えている。

次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態の光偏向器１の作動を説明する。以下では適宜、ミラー部２側からｉ番目の圧電カンチレバーについて（ｉ）と付記して説明する（ｉ＝１〜４）。

まず、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂによる第１軸ｘ周りの回転駆動について説明する。光偏向器１では、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂに駆動電圧を印加する。具体的には、第１圧電アクチュエータ３ａでは、第１上部電極パッド１２ａと共通の第１下部電極パッド１３ａとの間に第１の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを駆動させる。これと共に、第１上部電極パッド１２ｂと共通の第１下部電極パッド１３ａとの間に第２の電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを駆動させる。

第２圧電アクチュエータ３ｂでは、第１上部電極パッド１２ｃと共通の第１下部電極パッド１３ｂとの間に第１の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを駆動させる。これと共に、第１上部電極パッド１２ｄと共通の第１下部電極パッド１３ｂとの間に第２の電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを駆動させる。ここで、第１の電圧と第２の電圧とは、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波）とする。

このとき、第１，第２の電圧の回転駆動用の電圧成分は、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの垂直方向について、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ，３１ｃと偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂ，３１ｄとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。

例えば、第１軸ｘの周りに回転駆動するとき、第１圧電アクチュエータ３ａの先端部を上方向（図１に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを上方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを下方向に変位させる。第１圧電アクチュエータ３ａの先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを下方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを上方向に変位させる。

また、第２圧電アクチュエータ３ｂについても、第１圧電アクチュエータ３ａと同様に、第２圧電アクチュエータ３ｂの先端部を上方向に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃを上方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄを下方向に変位させる。第２圧電アクチュエータ３ｂの先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃを下方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄを上方向に変位させる。

これにより、第１圧電アクチュエータ３ａ及び第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ，３１ｃと、第１圧電アクチュエータ３ａ及び第２圧電アクチュエータ３ｂの偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂ，３１ｄとが、互いに逆方向に屈曲変形する。

図３（ｂ）、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、第１圧電アクチュエータ３ａに電圧を印加して、ミラー部２側（先端部側）から奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを上方向に屈曲変形させると共に、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを下方向に屈曲変形させる。

このとき、圧電カンチレバー３１ｂ（４）は、支持部１１と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。圧電カンチレバー３１ａ（３）は、圧電カンチレバー３１ｂ（４）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。圧電カンチレバー３１ｂ（２）は、圧電カンチレバー３１ａ（３）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に下方向の角度変位が発生している。圧電カンチレバー３１ａ（１）は、圧電カンチレバー３１ｂ（２）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部（ミラー部２と連結している）に上方向の角度変位が発生している。これにより、第１圧電アクチュエータ３ａでは、各圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂの屈曲変形の大きさを加算した大きさの角度変位が発生する。

これにより、ミラー部２を第１軸ｘの周りに回転駆動することができ、所定の第１周波数で所定の第１偏向角で光走査することができる。このとき、これらの一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂでは、駆動電圧として一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを含むミラー部２の機械的な共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加して共振駆動させることで、より大きな偏向角で光走査することができる。

また、ミラー部２を第１軸ｘの周りに回転駆動する場合には、上述したように交流電圧を印加する必要はなく、直流電圧を印加してもよい。この場合、各圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄで発生する屈曲変形の大きさは直流電圧の大きさに応じて線形的に変化する。従って、例えば交流電圧を印加して圧電カンチレバーを共振駆動させる場合と異なり、直流電圧の大きさを制御することで一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂから任意の出力を得ることができる。

このように、光偏向器１では、第１軸ｘの周りに駆動する場合には、駆動電圧として印加した直流電圧の大きさに応じて線形的に偏向角を制御することができるので、任意の速度で任意の偏向角を得ることができる。

次に、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂによる第２軸ｙ周りの回転駆動について説明する。光偏向器１では、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂに駆動電圧を印加する。具体的には、第１圧電アクチュエータ３ａでは、第２上部電極パッド１２ｅと第２下部電極パッド１３ｃとの間に第３の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを駆動させる。また、第２圧電アクチュエータ３ｂでは、第２上部電極パッド１２ｆと共通の第１下部電極パッド１３ｄとの間に第４の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄを駆動させる。ここで、第３の電圧と第４の電圧とは、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波）とする。

このとき、第３，第４の電圧の回転駆動用の電圧成分は、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの垂直方向について、第１圧電アクチュエータ３ａの圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂと第２圧電アクチュエータ３ｂの圧電カンチレバー３１ｃ，３１ｄとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。

例えば、第２軸ｙの周りに回転駆動するときに、第１圧電アクチュエータ３ａの先端部を上方向に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを上方向に変位させる。第１圧電アクチュエータ３ａの先端部を下方向に変位させるには、逆に、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを下方向に変位させる。

また、第２圧電アクチュエータ３ｂについても第１圧電アクチュエータ３ａと同様に、第２圧電アクチュエータ３ｂの先端部を上方向に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄを上方向に変位させる。第２圧電アクチュエータ３ｂの先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄを下方向に変位させる。

第１実施形態では、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂは、隣り合う圧電カンチレバーが折り返すように連結されているため、ミラー部２は、第１軸ｘの周りに回転駆動する場合に比べて第２軸ｙの周りに回転駆動する場合の方が回転しづらい。このため、第２上部電極パッド１２ｅを第１圧電アクチュエータ３ａの奇数番目の圧電カンチレバー３１ａと偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂとに対して共通の電極パッドとし、第２上部電極パッド１２ｆを第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃと偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄとに対して共通の電極パッドとして、第１圧電アクチュエータ３ａの奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂと、第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の圧電カンチレバー３１ｃ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｄとをそれぞれ同一方向に変位可能にして、上下方向に大きく変位できるようにしている。

図３（ｃ）、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、第１圧電アクチュエータ３ａに電圧を印加して、ミラー部２側（先端部側）から奇数番目の圧電カンチレバー３１ａ及び偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを上方向に屈曲変形させる。このとき、圧電カンチレバー３１ｂ（４）は、支持部１１と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー３１ａ（３）は、圧電カンチレバー３１ｂ（４）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー３１ｂ（２）は、圧電カンチレバー３１ａ（３）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部に上方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー３１ａ（１）は、圧電カンチレバー３１ｂ（２）の先端部と連結した基端部を支点として、その先端部（ミラー部２と連結している）に上方向の角度変位が発生している。これにより、第１圧電アクチュエータ３ａでは、その先端部に、各圧電カンチレバー３１ａ，３１ｂの屈曲変形による上方向への移動量を加算した大きさの上方向への移動が発生する。

これにより、ミラー部２を挟んで対向する一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂのそれぞれの先端部が互いに逆方向へ移動するためミラー部２が第２軸ｙ周りに回転駆動する。これにより、所定の第２周波数で所定の第２偏向角で光走査することができる。また、ミラー部２を図４（ｂ）のミラー部２’で示される角度で回転駆動する場合には、図４（ｂ）の３１ａ’（１）〜３１ｂ’（４），３１ｃ’（１）〜３１ｄ’（４）に示されるように圧電アクチュエータ３ａを上方向、圧電アクチュエータ３ｂを下方向に屈曲変形させる。

これらの一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂでは、駆動電圧として一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを含むミラー部２の機械的な共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加して共振駆動させることで、より大きな偏向角で光走査することができる。

上述したように、ミラー部２は、第１軸ｘの周りに回転駆動する場合に比べて第２軸ｙの周りに回転駆動する場合の方が回転しづらい。このため、図６に示されるように、第１軸ｘで回転駆動するときの共振周波数ｆｘは、第２軸ｙで回転駆動するときの共振周波数ｆｙに比べて充分に低くなる。これらの共振周波数ｆｘ，ｆｙは、１０倍程度の差があれば、第１軸ｘ周りの回転駆動と第２軸ｙ周りの回転駆動とが互いに与える影響を抑制し、互いに独立して回転駆動することができる。

共振周波数ｆｘ，ｆｙは、各圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの各圧電カンチレバーの並びに設けられた所定の間隔、各圧電カンチレバーの材料、厚さ、長さ又は本数等の様々な要因により異なってくる。

また、ミラー部２は、第１軸ｘの周りに回転駆動する場合に比べて第２軸ｙの周りに回転駆動する場合の方が回転しづらいので、第２軸ｙで回転駆動するときの偏向角θｙは、第１軸ｘで回転駆動するときの偏向角θｘに比べて小さくなりやすい。偏向角θｘ，θｙも、共振周波数ｆｘ，ｆｙと同様に、各圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの各圧電カンチレバーの並びに設けられた所定の間隔、各圧電カンチレバーの材料、厚さ、長さ又は本数等の様々な要因により異なってくる。

従って、光偏向器１の用途に応じて、共振周波数ｆｘ，ｆｙ及び偏向角θｘ，θｙが所望の大きさになるように、上述した様々な要因を実験等によって調整する。

図７は、第１実施形態の光偏向器１を使用した画像表示装置１０１を示す。画像表示装置１０１は、光偏向器１と、レーザ光源１０２と、ハーフミラー（ビームスプリッター）１０３と、スクリーン１０４とを備えている。レーザ光源１０２、ハーフミラー１０３、スクリーン１０４は所定の位置に固定されている。レーザ光源１０２から出力されたレーザ光は、所定の強度変調を受けて集光用のレンズ又はレンズ群（図示せず）を通過して、ハーフミラー１０３を通り、光偏向器１のミラー部２に入射される。入射されたレーザ光は、ミラー部２の偏向角に応じた所定の方向に偏向され、ハーフミラー１０３で分岐された光がスクリーン１０４上に投影され、画像を形成する。光偏向器１は、入射されたレーザ光を水平方向、垂直方向にラスタスキャンし、スクリーン１０４上の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖの長方形の領域を走査して画像を表示する。

このとき、光偏向器１は、水平方向の走査と垂直方向の走査とを独立に且つ両立させて行うことができるので、入射された光を水平方向、垂直方向に効率良くラスタスキャンしてスクリーン１０４上に投射することができる。従って、図７に示されるように、スクリーン１０４上の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖの長方形の領域を、効率良く走査して画像を表示することができる。

第１実施形態では、第１軸ｘの周りに駆動する場合には、周波数２２０［Ｈｚ］，振幅電圧５［Ｖ］の交流電圧を印加すると、ミラー部２の第１軸ｘ周りの偏向角として±１５°が得られた。また、交流電圧ではなく直流電圧を印加する場合には、直流電圧の電圧値を変更する周波数が０〜２００［Ｈｚ］の範囲で、入力した直流電圧に応じたミラー部２の追随が得られた。このとき、周波数６０［Ｈｚ］，振幅電圧２０［Ｖ］のときに、ミラー部２の第１軸ｘ周りの偏向角は±１０°として得られた。

また、第２軸ｙの周りに駆動する場合には、周波数２．１［ｋＨｚ］，振幅電圧５［Ｖ］の交流電圧を印加すると、ミラー部２の第２軸ｙ周りの偏向角は±３°として得られた。

なお、光偏向器１は、上述の光投射型ディスプレイ等の画像表示装置の他にも、例えば、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等の画像形成用の光走査装置、或いはレーザレーダ、バーコードリーダ、エリアセンサ又はタッチパネル等のセンシング用の光走査装置に用いることができる。

以上のように第１実施形態の光偏向器１では、両端部が隣り合うように並んだ各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの両端部を各々の屈曲変形を累積するようにそれぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が機械的に連結（ミアンダ形状）した圧電アクチュエータを２つ（３ａ，３ｂ）設け、これらの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを、ミラー部２を挟んで対向して配置している。そして、第１圧電体６１ａ〜６１ｄと第２圧電体６２ａ〜６２ｄとの２つの圧電体にそれぞれ独立した電圧を印加できるため、ミラー部２を第１軸ｘと第２軸ｙとで独立して回転駆動できる。

これにより、隣り合う圧電カンチレバーの端部が折り返すように機械的に連結された（ミアンダ形状）圧電アクチュエータを一対だけ形成した場合であっても、二次元方向に振動が可能となる。従って、第１実施形態の光偏向器１は、ミアンダ形状の圧電アクチュエータを二対形成している光偏向器と比べると、ミラー部２の大きさが同じ場合には、光偏向器１の大きさを小さくすることができる。これにより、同じ大きさの基板から作成できる光偏向器１の数を増やすことができ、製造コストを削減できる。

また、第１実施形態の光偏向器１は、ミアンダ形状の圧電アクチュエータを一対のみで構成している。このため、ミアンダ形状の圧電アクチュエータを二対形成している光偏向器と比べると構造が簡素化され、製造ライン等での歩留まりを向上できる。

また、第１実施形態の光偏向器１は、ミアンダ形状の圧電アクチュエータを二対形成している光偏向器と比べると可動部（一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂ及びミラー部２）の構成要素を簡略化でき、可動部の質量を低減できる。このため、可動部の質量が多いものに比べて加速度の影響を低減できる。

ここで、第１上部電極パッド１２ａ及び第１上部電極パッド１２ｃが、本発明における第１電極に相当し、第１上部電極パッド１２ｂ及び第１上部電極パッド１２ｄが、本発明における第２電極に相当する。

第１下部電極パッド１３ａ及び第１下部電極パッド１３ｂは、第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄに共通の電極パッドとしているため、これらは、本発明における第１電極及び第２電極に相当する。

また、第２上部電極パッド１２ｅ及び第２下部電極パッド１３ｃ、第２上部電極パッド１２ｆ及び第２下部電極パッド１３ｄが、本発明における第３電極又は第４電極に相当する。

本発明の第１〜第４電極の４つの電極（複数の電極）のそれぞれは、第１実施形態に示されるように複数の電極から構成されるものであってもよい。

また、第１実施形態の光偏向器１は、第１圧電体に印加する交流電圧を、光偏向器１が第１軸ｘの周りに回転駆動するときの機械的な共振周波数ｆｘとなるようにしている。これにより、より大きな偏向角で光走査することができる。同様に、第２圧電体に印加する交流電圧を、光偏向器１が第２軸ｙの周りに回転駆動するときの機械的な共振周波数ｆｙとなるようにしている。これにより、より大きな偏向角で光走査することができる。

また、第１軸ｘの周りに回転駆動するときの機械的な共振周波数ｆｘが、第２軸ｙの周りに回転駆動するときの共振周波数ｆｙに比べて充分に低くなるように、ｆｙがｆｘの１０倍以上の周波数となるように構成されている。これにより、第１軸ｘ周りの回転駆動と第２軸ｙ周りの回転駆動とが互いに与える影響を抑制し、互いに独立して回転駆動することができる。

なお、第１実施形態の光偏向器１では、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ及び第２圧電体６２ａ〜６２ｄを、各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの幅方向の中心線に対して対称に配置しているが、これに限らない。例えば、各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの幅方向の中心線より一方に第１圧電体を配置し、他方に第２圧電体を配置してもよい。これによっても、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂのみで二次元方向に回転駆動できる。

また、第１実施形態では、第１圧電アクチュエータ３ａの各圧電カンチレバーの第２圧電体６２ａ，６２ｂのそれぞれに第２上部電極パッド１２ｅから電圧が印加できるようにし、第２圧電アクチュエータ３ｂの各圧電カンチレバーの第２圧電体６２ｃ，６２ｄのそれぞれに第２上部電極パッド１２ｆから電圧が印加できるようにしているが、これに限らない。

例えば、４つの第２上部電極パッド１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成し、第２上部電極パッド１４ｅ及び第２下部電極パッド１３ｃを、第１圧電アクチュエータ３ａの奇数番目の第２上部電極７２ａと第２下部電極５２ａとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続し、第２上部電極パッド１４ｆ及び第１下部電極パッド１３ｃを、第１圧電アクチュエータ３ａの偶数番目の第２上部電極７２ｂと第２下部電極５２ｂとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続する。

また、第２上部電極パッド１４ｇ及び第２下部電極パッド１３ｄを、第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の第２上部電極７２ｃと第１下部電極５２ｃとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続し、第２上部電極パッド１４ｈ及び第２下部電極パッド１３ｄを、第２圧電アクチュエータ３ｂの偶数番目の第２上部電極７２ｄと第１下部電極５２ｄとの間にそれぞれ駆動電圧を印加できるように電気的に接続する。

そして、第１圧電アクチュエータ３ａの第２上部電極パッド１４ｅと共通の第２下部電極パッド１３ｃとの間に第１の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを駆動させると共に、第２上部電極パッド１４ｆと共通の第２下部電極パッド１３ｃとの間に第２の電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを駆動させる。第２圧電アクチュエータ３ｂの、第２上部電極パッド１４ｇと共通の第２下部電極パッド１３ｄとの間に第２の電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー３１ａを駆動させると共に、第２上部電極パッド１４ｈと共通の第２下部電極パッド１３ｄとの間に第１の電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー３１ｂを駆動させる。

このとき、第１，第２の電圧の回転駆動用の電圧成分は、一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの垂直方向について、圧電カンチレバー３１ａ，３１ｄと圧電カンチレバー３１ｂ，３１ｃとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。

これにより、ミラー部２を挟んで対向する一対の圧電アクチュエータ３ａ，３ｂのそれぞれの先端部が互いに逆方向へ移動するため、ミラー部２を第２軸ｙ周りに回転駆動することができる。

また、第１実施形態では、ミラー部２を第１軸ｘの周りに回転駆動する場合、各圧電カンチレバーに印加する電圧を、第１圧電アクチュエータ３ａの奇数番目の２本の圧電カンチレバー３１ａと、第２圧電アクチュエータ３ｂの奇数番目の２本の圧電カンチレバー３１ｃとに印加し、第１の電圧第１圧電アクチュエータ３ａの偶数番目の２本の圧電カンチレバー３１ｂと、第２圧電アクチュエータ３ｂの偶数番目の２本の圧電カンチレバー３１ｄとに、第２の電圧を共通に印加しているが、これに限らない。全ての圧電カンチレバーに対して独立した電極パッドを接続し、独立して電圧を印加可能にしてもよい。これは、ミラー部２を第２軸ｙの周りに回転駆動する場合においても同様である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の光偏向器において、第１実施形態の光偏向器１の構成と異なる点について、図８及び図９を参照して説明する。

第２実施形態の光偏向器８の第１圧電アクチュエータ３ａ及び第２圧電アクチュエータ３ｂの各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄは、第１実施形態の光偏向器１に比べて更に、第３下部電極５３ａ〜５３ｄと、第３圧電体６３ａ〜６３ｄと、第３上部電極７３ａ〜７３ｄとを備えている。

これに伴い、第２実施形態の光偏向器８の支持部１１は、第１実施形態の支持部１１に比べて更に、２つの第３上部電極パッド１２ｇ，１２ｈと、２つの第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆとを備えている。

４つの第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄ、２つの第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂ、２つの第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆ、及び２つの第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄの各電極パッドと、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ、第２圧電体６２ａ〜６２ｄ、第１上部電極７１ａ〜７１ｄ、及び第２上部電極７２ａ〜７２ｄの各電極との電気的接続は、第１実施形態と同じであるから、説明を省略する。

第３上部電極パッド１２ｇ及び第３下部電極パッド１３ｅは、第１圧電アクチュエータ３ａの第３圧電体６３ａ，６３ｂが屈曲変形することで、圧電効果により分極が誘起され、第３上部電極７３ａ，７３ｂと第３下部電極５３ａ，５３ｂとの間に屈曲変形の大きさに応じた電圧を出力できるように電気的に接続されている。

また、第３上部電極パッド１２ｈ及び第３下部電極パッド１３ｆは、第２圧電アクチュエータ３ｂの第３圧電体６３ｃ，６３ｄが屈曲変形することで、第３上部電極７３ｃ，７３ｄと第３下部電極５３ｃ，５３ｄとの間に発生した電圧を出力できるように電気的に接続されている。

第２下部電極５２ａ〜５２ｄは、第１実施形態と同様に、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第２下部電極５２ａ〜５２ｄは、長さを支持体４ａ〜４ｄの長さ方向とほぼ同じとし、それぞれ、支持体４ａ〜４ｄ上の幅方向の中央部に形成されている。そして、第１実施形態と同様に、第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄは、支持部１１上の下部電極層を介して、第２下部電極５２ａ〜５２ｄに導通される。

第２実施形態の第１下部電極５１ａ〜５１ｄは、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第１下部電極５１ａ〜５１ｄは、長さを支持体４ａ〜４ｄの長さ方向とほぼ同じとし、それぞれ、支持体４ａ〜４ｄ上の幅方向の第２下部電極５２ａ〜５２ｄのミラー部２側の端部側に形成されている。そして、第１実施形態と同様に、第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂは、支持部１１上の下部電極層を介して、第１下部電極５１ａ〜５１ｄに導通される。

第３下部電極５３ａ〜５３ｄと第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆとは、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ，第２下部電極５２ａ〜５２ｄと第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂ，第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄと同様に、シリコン基板上の金属薄膜を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第３下部電極５３ａ〜５３ｄは、長さを支持体４ａ〜４ｄの長さ方向とほぼ同じとし、それぞれ、支持体４ａ〜４ｄ上の幅方向の第２下部電極５２ａ〜５２ｄのミラー部２側とは反対の端部側に形成されている。第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第２下部電極５２ａ〜５２ｄと第３下部電極５３ａ〜５３ｄとで、支持体（直線部）４ａ〜４ｄ上のほぼ全面を覆うように形成されている。

すなわち、第１実施形態では、第１下部電極５１ａ〜５１ｄが、各圧電カンチレバーの幅方向の両端部に２つずつ配置されているが、第２実施形態では、これらの一方を第１下部電極５１ａ〜５１ｄとし、他方を第３下部電極５３ａ〜５３ｄとしている。このため、第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第３下部電極５３ａ〜５３ｄとが、各圧電カンチレバー３１ａ〜３１ｄの幅方向の中心線に対して対称に配置されている。そして、第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆは、支持部１１上の下部電極層を介して、第３下部電極５３ａ〜５３ｄに導通される。

なお、「第１下部電極５１ａ〜５１ｄと第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂとを導通する下部電極層」と、「第２下部電極５２ａ〜５２ｄと第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄとを導通する下部電極層」と、「第３下部電極５３ａ〜５３ｄと第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆとを導通する下部電極層」とは互いに絶縁するように平面的に分離して設けられている。

第２実施形態の第１圧電体６１ａ〜６１ｄは、第１実施形態と同様に形成され、それぞれが、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ上のほぼ全面に形成されている。第２実施形態の第２圧電体６２ａ〜６２ｄは、第１実施形態と同様に形成され、それぞれが、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ上のほぼ全面に形成されている。

第３圧電体６３ａ〜６３ｄは、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ及び第２圧電体６２ａ〜６２ｄと同様に、半導体プレーナプロセスを用いて下部電極層上の１層の圧電膜を形状加工することにより、それぞれ、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ上に互いに分離して形成されている。詳細には、第１圧電アクチュエータ３ａの圧電カンチレバーの第３圧電体６３ａ，６３ｂは、第３下部電極５３ａ，５３ｂ上のほぼ全面に形成されて、第２圧電アクチュエータ３ｂの圧電カンチレバーの第１圧電体６３ｃ，６３ｄは、第３下部電極５３ｃ，５３ｄ上のほぼ全面に形成されている。

第１上部電極７１ａ〜７１ｄ，第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄ及びこれらを導通する上部電極配線（図示せず）と、第２上部電極７２ａ〜７２ｄ，第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆ及びこれらを導通する上部電極配線（図示せず）と、第３上部電極７３ａ〜７３ｄ，第３上部電極パッド１２ｇ，１２ｈ及びこれらを導通する上部電極配線（図示せず）とは、半導体プレーナプロセスを用いて、圧電体層上の金属薄膜（第２実施形態でも第１実施形態と同様に１層の金属薄膜）を形状加工することにより形成されている。

詳細には、第１と第２との２つの圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの圧電カンチレバーの第１上部電極７１ａ〜７１ｄは、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ上のほぼ全面に形成され、第２上部電極７２ａ〜７２ｄは、第２圧電体６２ａ〜６２ｄ上のほぼ全面に形成され、第３上部電極７３ａ〜７３ｄは、第３圧電体６３ａ〜６３ｄ上のほぼ全面に形成されている。

そして、第１上部電極パッド１２ａ〜１２ｄは、支持部１１上及び支持体４ａ〜４ｄ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して第１上部電極７１ａ〜７１ｄに導通し、第２上部電極パッド１２ｅ，１２ｆは、支持部１１上及び支持体４ａ〜４ｄ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して第２上部電極７２ａ〜７２ｄに導通し、第３上部電極パッド１２ｇ，１２ｈは、支持部１１上及び支持体４ａ〜４ｄ上の側部に形成された上部電極配線（図示せず）を介して第３上部電極７３ａ〜７３ｄに導通する。

なお、上部電極配線は、平面的に互いに分離して設けられると共に、第１下部電極パッド１３ａ，１３ｂ、第１下部電極５１ａ〜５１ｄ、第２下部電極パッド１３ｃ，１３ｄ、第２下部電極５２ａ〜５２ｄ、第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆ、及び第３下部電極５３ａ〜５３ｄと層間絶縁されている。

第２実施形態の光偏向器８を第１軸ｘの周りに回転駆動する場合と、第２軸ｙの周りに回転駆動する場合とは、第１実施形態の光偏向器１と同様であるので、説明を省略する。

光偏向器８は、第１圧電体６１ａ〜６１ｄ及び第２圧電体６２ａ〜６２ｄが屈曲変形することで、第３圧電体６３ａ〜６３ｄが共に屈曲変形する。このとき、圧電体の圧電効果によって、屈曲変形の大きさに応じた電圧が第３圧電体６３ａ〜６３ｄに発生する。第３上部電極パッド１２ｇ，１２ｈと第３下部電極パッド１３ｅ，１３ｆとの間の電圧差に第３圧電体６３ａ，６３ｂと第３圧電体６３ｃ，６３ｄとの出力が累積して出力される。

このときの屈曲変形の大きさに応じた電圧値に対するミラー部２の第１軸ｘ周りの偏向角及び第２軸ｙ周りの偏向角の値を、実験等により予め測定して、対応関係（例えばテーブル等）を記憶装置等に記憶しておく。そして、ミラー部２を駆動するとき、この記憶されたテーブルから、第３圧電体６３ａ〜６３ｄが出力した電圧値に対応する現時点のミラー部２の第１軸ｘ周りの偏向角及び第２軸ｙ周りの偏向角を取得することができる。

すなわち、第３圧電体６３ａ〜６３ｄをミラー部２の駆動量（偏向角）を検知するセンサ（角度センサ）として使用することができる。このようにして検知した偏向角が、制御回路の制御の目標とする偏向角ではない場合には、目標となる偏向角となるように第１駆動機能及び第２駆動機能によってミラー部２の回転駆動を補正する。これにより、光偏向器８の偏向角を安定して得ることができる。

以上のように、第２実施形態の光偏向器８では、第３圧電体６３ａ〜６３ｄを、ミラー部２の駆動量（偏向角）を検知するセンサ（角度センサ）として利用して、実際の偏向角と目標とする偏向角とのずれを補正するようにフィードバック制御している。このため、ミラー部の駆動を目標の駆動に近づけることができ、精度の高いミラー部の駆動を実現できる。このように、第２実施形態の光偏向器８では、第一振動子と第二振動子のミアンダ形状の振動子を二対形成している光偏向器と比べて小型化できると共に、ミラー部を精度良く駆動できる。

また、第２実施形態の光偏向器８は、第１実施形態の光偏向器１と同様に、第１圧電体に印加する交流電圧を、光偏向器１が第１軸ｘの周りに回転駆動するときの機械的な共振周波数ｆｘとなるようにしている。これにより、より大きな偏向角で光走査することができる。同様に、第２圧電体に印加する交流電圧を、光偏向器１が第２軸ｙの周りに回転駆動するときの機械的な共振周波数ｆｙとなるようにしている。これにより、より大きな偏向角で光走査することができる。

また、第２軸ｙの周りに回転駆動するときの共振周波数ｆｙに比べて充分に低くなるように構成することにより、第１軸ｘ周りの回転駆動と第２軸ｙ周りの回転駆動とが互いに与える影響を抑制し、互いに独立して回転駆動することができる。

第１実施形態の光偏向器１と同様の構成によって得られる効果については、第２実施形態の光偏向器８でも得られる。

なお、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、全ての圧電カンチレバーに対して独立した電極パッドを接続し、各圧電カンチレバーの第３圧電体６３ａ〜６３ｄが発生した電圧を独立に出力可能にしてもよい。

１…光偏向器（第１実施形態）、２…ミラー部、２ａ…ミラー部支持体、２ｂ…ミラー面反射膜（反射面）、３ａ…第１圧電アクチュエータ（一対の圧電アクチュエータの一方又は他方）、３１ａ…奇数番目の圧電カンチレバー、３１ｂ…偶数番目の圧電カンチレバー、３ｂ…第２圧電アクチュエータ（一対の圧電アクチュエータの他方又は一方）、３１ｃ…奇数番目の圧電カンチレバー、３１ｄ…偶数番目の圧電カンチレバー、６１ａ〜６１ｄ…第１圧電体、６２ａ〜６２ｄ…第２圧電体、１２ａ…第１上部電極パッド（第１電極）、１２ｂ…第１上部電極パッド（第２電極）、１２ｃ…第１上部電極パッド（第１電極）、１２ｄ…第１上部電極パッド（第２電極）、１３ａ…第１下部電極パッド（第１電極、第２電極）、１３ｂ…第１下部電極パッド（第１電極、第２電極）、１２ｅ…第２上部電極パッド（第３電極又は第４電極）、１２ｆ…第２上部電極パッド（第４電極又は第３電極）、１３ｃ…第２下部電極パッド（第３電極又は第４電極）、１３ｄ…第２下部電極パッド（第４電極又は第３電極）、８…光偏向器（第２実施形態）、６３ａ〜６３ｄ…第３圧電体。

Claims (6)

1. 反射面を有するミラー部と、該ミラー部を駆動する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加するための複数の電極とを備える光偏向器であって、
   前記圧電アクチュエータは、前記ミラー部を挟んで対向するように一対配置され、各圧電アクチュエータの一端が前記ミラー部に連結され、
   前記各圧電アクチュエータは、
   駆動電圧が印加されることにより屈曲変形する圧電体と、
   前記圧電体を支持し、該圧電体が屈曲変形するときに共に屈曲変形する複数の圧電カンチレバーとを備え、
   前記複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて、各々の屈曲変形を累積するようにそれぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように端部が機械的に連結され、各圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの並び方向に直交する方向に屈曲変形するように形成され、
   前記圧電体は、前記各圧電カンチレバーで支持される第１圧電体と第２圧電体とからなり、
   前記複数の電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とにそれぞれ独立に電圧を印加できるように構成され、
   前記第１圧電体に電圧が印加されることにより、前記ミラー部を前記複数の圧電カンチレバーの並び方向に平行な第１軸の周りに駆動し、
   前記第２圧電体に電圧が印加されることにより、前記ミラー部を前記第１軸と直交する第２軸の周りに駆動することを特徴とする光偏向器。
2. 請求項１に記載の光偏向器において、
   前記複数の電極は、
   前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部側からその反対側に向かって奇数番目の圧電カンチレバーに支持された第１圧電体に電圧を印加できる第１電極と、
   前記複数の圧電カンチレバーのうち前記ミラー部側からその反対側に向かって偶数番目の圧電カンチレバーに支持された第１圧電体に電圧を印加できる第２電極と、
   前記各圧電アクチュエータの一方の各圧電カンチレバーに支持された第２圧電体に電圧を印加できる第３電極と、
   前記各圧電アクチュエータの他方の各圧電カンチレバーに支持された第２圧電体に電圧を印加できる第４電極とで構成され、
   隣り合う圧電カンチレバー同士が互いに逆方向に屈曲変形するように前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加することにより、前記ミラー部を前記複数の圧電カンチレバーの並び方向に平行な第１軸の周りに駆動し、
   前記一対の圧電アクチュエータのうち一方が有する複数の圧電カンチレバーがそれぞれ同一方向に屈曲変形し、他方が有する複数の圧電カンチレバーがそれぞれ前記同一方向とは逆方向に屈曲変形するように前記第３電極及び前記第４電極に電圧を印加することにより、前記ミラー部を前記第１軸と直交する第２軸の周りに駆動することを特徴とする光偏向器。
3. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記圧電体は、更に前記各圧電カンチレバーで支持される第３圧電体も含み、
   前記複数の電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とに電圧を印加できる電極とは独立に、前記第３圧電体が屈曲変形することで発生する電圧を出力できるように構成され、
   前記屈曲変形することで発生する電圧に応じて、前記ミラー部の前記第１軸の周りの駆動及び前記第２軸の周りの駆動を補正することを特徴とする光偏向器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記複数の電極に交流電圧を印加して前記ミラー部を駆動する場合、第２軸の周りに駆動するときの固有振動数が、第１軸の周りに駆動するときの固有振動数に比べて互いに影響を与えない程度に大きく設定されていることを特徴とする光偏向器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記第１圧電体に交流電圧を印加する場合には、前記ミラー部が第１軸の周りに駆動するときの固有振動数に合わせた周波数の交流電圧を印加することを特徴とする光偏向器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光偏向器において、前記第２圧電体に交流電圧を印加する場合には、前記ミラー部が第２軸の周りに駆動するときの固有振動数に合わせた周波数の交流電圧を印加することを特徴とする光偏向器。